Chemoconvective flow in gravitational and variable inertial field
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-1-52-61Keywords:
neutralization reaction, convection, vibrations, hydrodynamic instabilityAbstract
The convective instability that develops at the boundary between two reagents in the vertical Hele–Shaw cell during the neutralization reaction is experimentally studied. The instability in the form of a plane density wave spontaneously arises and then propagates in the medium at abnormally high rate. Evolution of the flow structure is studied and the velocity fields are obtained at different vibrational accelerations. The question of possibility to control the instability by vibrations is discussed.References
Wylock C., Dehaeck S., Rednikov A., Colinet P. Chemo-hydrodynamical instability created by CO2 absorption in an aqueous solution of NaHCO3 and Na2CO3. Microgravity Science and Technology, 2008, vol. 20, pp. 171–175. DOI: 10.1007/s12217-008-9022-7
Almarcha C., Trevelyan P. M. J., Grosfils P., De Wit A. Chemically driven hydrodynamic instabilities. Physical Review Letters, 2010, vol. 104, no. 4, 044501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.044501
Almarcha C., R'Honi Y., De Decker Y., Trevelyan P. M. J., Eckert K., De Wit A. Convective mixing induced by acid-base reactions. The Journal of Physical Chemistry B, 2011, vol. 115, no. 32, pp. 9739–9744. DOI: 10.1021/jp202201e
Kuster S., Riolfo L. A., Zalts A., El Hasi C., Almarcha C., Trevelyan P. M. J., De Wit A., D’Onofrio A. Differential diffusion effects on buoyancy-driven instabilities of acid-base fronts: the effect of color indicator. Physical Chemistry Chemical Physics, 2011, vol. 13, 17295, DOI: 10.1039/C1CP21185D
Bratsun D, Mizev A., Mosheva E., Kostarev K. Shock-wave-like structures induced by an exothermic neutralization reaction in miscible fluids. Physical Review E, 2017, vol. 96, no. 5, 053106. DOI: 10.1103/PhysRevE.96.053106
Loodts V., Thomas C., Rongy L., De Wit A. Control of convective dissolution by chemical reactions: General classification and application to CO2 dissolution in reactive aqueous solutions. Physical review letters, 2014, vol. 113, no. 11, 114501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.114501
Bratsun D. A., Siraev R. R. Control of mixing in a continuous-flow microreactor with a varied gap width. Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2017, vol. 38, no. 4, pp. 26–36 (In Russian).
Eckert K., Rongy L., De Wit A. A + B → C reaction fronts in Hele-Shaw cells under modulated gravitational acceleration. Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, vol. 14, pp. 7337–7345. DOI: 10.1039/C2CP40132K
Horváth D., Budroni M. A., Bába P., Rongy L., De Wit A., Eckert K., Tóth Á. Convective dynamics of traveling autocatalytic fronts in a modulated gravity field. Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, vol. 16, pp. 26279–26287. DOI: 10.1039/C4CP02480J
Bratsun D. A., Shi Y., Eckert K., De Wit A. Control of chemo-hydrodynamic pattern formation by external localized cooling. Europhysics Letters, 2005, vol. 69, no. 5, pp. 746–752. DOI: 10.1209/epl/i2004-10417-9
Shkadinskaya G. V., Shkadinskii K. G. Stabilization of the front of polymerization of composite materials in a plug-flow reactor. Russian Journal of Physical Chemistry B, 2014, vol. 8, no. 2, pp. 221–226. DOI: 10.1134/S1990793114020213
Gershuni G. Z., Lyubimov D. V. Thermal Vibrational Convection. New York, USA: Wiley, 1998. 372 p.
Wolf G. G. H. Dynamic stabilization of the Rayleigh–Taylor instability of miscible liquids and the related “frozen waves”. Physics of Fluids, 2018, vol. 30, no. 2, 021701. DOI: 10.1063/1.5017846
Von Kameke A., Huhn F., Fernández-García G., Muñuzuri A. P., Pérez-Muñuzuri V. Propagation of a chemical wave front in a quasi-two-dimensional superdiffusive flow. Physical Review E, 2010, vol. 81, 066211. DOI: 10.1103/PhysRevE.81.066211
Von Kameke A., Huhn F., Muñuzuri A. P., Pérez-Muñuzuri V. Measurement of large spiral and target waves in chemical reaction-diffusion-advection systems: turbulent diffusion enhances pattern formation. Physical Review Letters, 2013, vol. 110, 088302. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.088302
Bratsun D. A., Stepkina O. S., Kostarev K. G., Mizev A. I., Mosheva E. A. Development of concentration-dependent diffusion instability in reactive miscible fluids under influence of constant or variable inertia. Microgravity Science and Technology, 2016, vol. 28, no. 3, pp. 575–585.
Nikolsky B. P., Grigorov O. N., Pozin M. E., Poraj-Koshic B. A., Rabinovich V. A., Rachinskij F. YU., Romankov P. G., Fridrihsberg D. A. Chemist’s Handbook, Vol. 3. Moscow, Russia: Khimiya Publishing House, 1964, 1008 p. (In Russian).
Nisancioglu K., Newman J. Diffusion in aqueous nitric acid solutions. AIChE Journal, 1973, vol. 19, no 4, pp. 797–801. DOI: 10.1002/aic.690190417
Demin V. A., Makarov D. V. Ustoichivost' konvektivnykh techenii v iacheike Khele-Shou pri vozdeistvii vertikal'nykh vibratsii (Stability of convective flows in Hele–Shaw cell under vertical vibrations). Bulletin of Perm University. Series: Physics, 2005. vol. 1. pp. 101–110. (In Russian)
Downloads
Additional Files
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
